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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Frage zu Artikel von A. Zeilinger


Fortram
18.08.12, 11:59
Guten Morgen,

Im 'Spektrum der Wissenschaft' vom November 2008 erschien der Artikel 'Die Wirklichkeit der Quanten' von Anton Zeilinger. In diesem beschreibt er u.a. eine Variante des Doppelspalt-Experiments mit verschränkten Photonen-Paaren (Siehe Versuchsaufbau (http://www.nature.com/nature/journal/v433/n7023/fig_tab/nature03280_F2.html)).

Zeilinger schreibt:
Wegen dieser Verschränkung kann das erste Photon dazu verwendet werden, festzustellen, durch welchen Spalt das zweite Photon getreten ist [Anm.: Am zweiten Photon wird das normale Doppelspalt-Experiment durchgeführt]. Dies ist erst dann nicht mehr möglich, wenn das erste Photon auf eine Weise gemessen wird, die keinerlei Rückschluss - nicht einmal im Prinzip - darüber erlaubt, welchen Weg das zweite Photon nimmt. Wie erreicht man das? Das erste Photon wird in einem Detektor registriert, der in der Brennebene einer Linse steht; dadurch werden alle Photonen auf den gleichen Impuls projiziert, das heisst, es gibt keine Information über den Ort. Nur in diesem Fall - wenn jede Ortsinformation ausradiert ist - treten die Doppelspaltinterferenzen auf.

Mein Frage ist nun: Wenn dieser Detektor nach 'hinten' geschoben wird, sodass immer zuerst das zweite Photon (hinter dem Doppelspalt) registriert wird, und erst danach das erste Photon, tritt auch in diesem Fall ein Interferenzmuster auf?

Es lässt sich ein Experiment ausdenken, bei welchem die Art und Weise, wie das erste Photon detektiert wird, gar noch nicht festgelegt ist, wenn das zweite Photon hinter dem Doppelspalt registriert wird. Dies spricht m.E. dafür, dass kein Interferenzmuster auftritt. Liege ich da falsch?

Vielen Dank für eine Antwort.

Gruss
Fortram

Timm
18.08.12, 15:23
Ich habe den Artikel nicht zur Hand. Das beschriebene Experiment könnte aber dem in Zeilingers Buch "Einsteins Schleier", S. 48, zumindest ähnlich sein. Dort generiert eine Quelle verschränkte Photonen, die sich in entgegengesetzte Richtungen entfernen. Die sich entgegengesetzt zum Doppelspalt entfernenden Photonen werden in dedektiert. Aus dem Ort der Registrierung ergibt sich der Spalt, durch den das Zwillingsphoton getreten ist. Also keine Interferenz. Der Witz ist, daß es auch ohne Detektoren kein Interferenzbild gibt. Und das, obwohl die durch den DS gehenden Photonen ungestört sind und deren Zwillinge davon fliegen. Vorraussetzung für das Verschwinden der Interferenz ist also nicht die 'Welcher Spalt Information' zu haben, sondern daß es sie prinzipiell gibt.
Vielleicht läßt sich das auf das in dem Spektrum Artikel erwähnte Experiment anwenden.

Gruß, Timm

Fortram
18.08.12, 15:44
Der Witz ist, daß es auch ohne Detektoren kein Interferenzbild gibt.

Ganz genau. Damit es wieder zu einem Interferenzbild kommen kann, muss dem ersten Photon ein Schicksal widerfahren, in welchem die Information vernichtet wird, durch welchen Spalt das zweite Photon gegangen ist. Die Detektion des ersten Photons im Brennpunkt einer Linse entspricht einem solchen "Schicksal".

Mein Frage ist nun, was passiert, wenn man die Linse mit dem Detektor z.B. hundert Meter vom restlichen Experiment entfernt platziert, sodass die Information, welche das Interfernzbild verhindert, erst im Nachhinein zerstört wird.

Gruss
Jan

Timm
18.08.12, 17:53
Mein Frage ist nun, was passiert, wenn man die Linse mit dem Detektor z.B. hundert Meter vom restlichen Experiment entfernt platziert, sodass die Information, welche das Interfernzbild verhindert, erst im Nachhinein zerstört wird.

Der Quantenradierer funktioniert nachträglich, also auch dann, wenn das Teilchen durch den DS getreten ist und bereits registriert wurde. Das ist aber kein Umschreiben der Geschichte, sondern das Ergebnis akribischer Koinzidenz Wertung. Nur diejenigen auf dem Schirm registrierten Photonen zählen, bei deren verschränkten "Zwillingen" die 'Welcher Spalt' Information zerstört wurde. Auch wenn das lange nach der Registrierung erfolgte!

Gruß, Timm

Fortram
18.08.12, 19:07
Hallo Timm,
Vielen Dank für die Antwort.

Der Quantenradierer funktioniert nachträglich, also auch dann, wenn das Teilchen durch den DS getreten ist und bereits registriert wurde. Das ist aber kein Umschreiben der Geschichte, sondern das Ergebnis akribischer Koinzidenz Wertung. Nur diejenigen auf dem Schirm registrierten Photonen zählen, bei deren verschränkten "Zwillingen" die 'Welcher Spalt' Information zerstört wurde. Auch wenn das lange nach der Registrierung erfolgte!

Das habe ich befürchtet. Was mir daran Kopfschmerzen verursacht, ist folgendes Gedanken-Experiment:

Schritt 1: Ich führe das DS-Experiment durch, die Zwillings-Photone werden noch nicht detektiert.

Schritt 2: Ich mache eine statistische Auswertung, diese zeigt keine Interferenz.

Schritt 3: Ich detektiere FAST ALLE Zwillings-Photone auf eine Weise, dass die DS-Weg-Information verloren geht.

Schritt 4: Ich wiederhole die statistische Auswertung, dabei muss ich nur einen kleinen Teil der gespeicherten Photonen-Daten verwerfen, da ich ja fast alle Zwillings-Photone detektieren konnte. Die Auswertung darf sich deshalb nur minimal verändern, müsste aber trotzdem eine ausgeprägte Interferenz zeigen. Wie geht das?

Die einzige Lösung, die ich mir vorstellen kann, ist, dass wegen der Unschärferelation nicht nur ein einzelnes Interferenz-Muster, sondern viele, leicht verschobene Interferenz-Muster entstehen müssen. Addiert man diese, verschwindet die Interferenz. Erst durch die Detektion der Zwillings-Photonen werden die Daten so gruppiert, dass Interferenzen sichtbar werden. Geht meine Überlegung in die richtige Richtung?

Gruss,
Fortram

amc
18.08.12, 20:11
Hi alle,

ich hab ja nur ein sehr oberflächliches Wissen, aber das kann doch so nicht sein? Vielleicht redet ihr aneinander vorbei, oder ich verstehs nicht?

Angenommen man "schießt" immer einzelne Photonenpaare und behandelt diese immer gleich - und wenn dann nun auf der einen Seite die Photonen den Doppelspalt passiert haben und auf dem Schirm/Detektor aufgekommen sind, dann zeigt sicht entweder eine gewisse Ausprägung an Interferenz oder auch nicht. Aber das lässt sich dann doch nicht mehr nachträglich ausradieren, das wäre ja abenteuerlich ... ?! :)

Mein Frage ist nun, was passiert, wenn man die Linse mit dem Detektor z.B. hundert Meter vom restlichen Experiment entfernt platziert, sodass die Information, welche das Interfernzbild verhindert, erst im Nachhinein zerstört wird.

Ich würde mir das, soweit ich das verstehe (hab das Zeilinger Buch eigentlich auch gelesen :rolleyes: ), erst mal so denken:

Zu dem Zeitpunkt, als beide Photonen "auf dem Weg" sind, ist ja die Information über den Ort vorhanden -> also zeigt sich keine Interferenz. Und nun müsste es IMHO unerheblich werden, ob man die Information von dem noch "fliegenden" Photon löscht oder nicht, weil sie schon längst von dem Photon, das den Doppelspalt passiert hat und detektiert wurde bzw. auf dem Schirm aufgekommen ist, in die Umgebung abgegeben wurde, und daher nicht mehr auszuradieren ist.

Grüße, AMC

Fortram
18.08.12, 20:53
Zu dem Zeitpunkt, als beide Photonen "auf dem Weg" sind, ist ja die Information über den Ort vorhanden -> also zeigt sich keine Interferenz. Und nun müsste es IMHO unerheblich werden, ob man die Information von dem noch "fliegenden" Photon löscht oder nicht, weil sie schon längst von dem Photon, das den Doppelspalt passiert hat und detektiert wurde bzw. auf dem Schirm aufgekommen ist, in die Umgebung abgegeben wurde, und daher nicht mehr auszuradieren ist.

Ganz genau das war auch meine ursprüngliche Vermutung. Gemäss Timm sind wir da aber auf dem Holzweg.

Gruss,
Fortram

amc
18.08.12, 22:14
Ganz genau das war auch meine ursprüngliche Vermutung. Gemäss Timm sind wir da aber auf dem Holzweg.

Hmm ... Ich denke, der Radierer funktioniert in sofern nachträglich, dass er auch dann noch "radiert", wenn die Photonen den Doppelspalt eigentlich schon durchquert haben müssten (bzw. bei anderen Versuchsaufbauten bereits durch gewisse Polarisationsfilter hindurch sind und man normal annehmen wuerde, dass der weg durch solche "Eingriffe" fest stuende), aber wenn sie detektiert werden, und zwar so, dass sie dabei entsprechende Information an die Umwelt abgeben, dann ist's vorbei, das ist dann in keinster weise mehr nachtraeglich zu radieren.

Vielleicht meinte Timm sowas ähnliches auch, oder ich verstehs nicht.

Mit "detektiert" verstehe ich jetzt hier auch z.B. so etwas wie: Es ist (vielleicht sogar mit den Augen) erkennbar, ob eine Interferenz vorliegt und wie ausgeprägt sie ist.

Und wenn man sich das Ergebnis anschauht, man sieht da ist keine Interferenz, dann kann doch nicht auf einmal, nur weil ich jetzt erst das andere Photon so "abfange", dass die Ortsinformation verschwindet, "vor meinen Augen" sich eine Interferenz einstellen, obwohl die Photonen schon an bestimmten Stellen aufgekommen sind, und sich daher bereits ein entsprechendes Muster eingestellt hat.

Nach meinem bescheidenen Verständnis ist es sinnvoller zu sagen, der Quantenradierer wirkt "nichtlokal", statt "nachträglich". Das "nachträglich" kommt zu sehr aus unseren klassischen Vorstellungen. Tatsächlich abgeschlossene Prozesse können natürlich so nicht rückgängig gemacht werden. Und daher halte ich "nachträglich" auch für irreführend.

http://de.wikipedia.org/wiki/Quantenradierer
Der Begriff Radierer soll den Umstand beschreiben, dass durch nachträgliche Vernichtung einer Information eine scheinbar erfolgte Veränderung am Quantenobjekt vollständig rückgängig gemacht wird.

Das Wort scheinbar ist hier wohl ganz entscheidend. Denn:

Letztlich zeigt er, dass es sinnlos ist, ohne Messung über eine physikalische Realität zu sprechen.

Allerdings muss man dann auch ne ungefähre Vorstellung haben, was nichtlokal bedeutet und leider können wir diese scheinbare und nichtlokale Welt noch nicht verstehen, aber anders ist ist sie allemal, wenn sie (real) ist. :)

Also ist's auch manchmal einfacher zu sagen, der Radierer wirkt nachträglich.

Mich interessiert aber natürlich Timms Erklärung dafür, inwiefern er auch dann noch radiert, wenn das Photon schon detektiert wurde. Ich hab das nicht verstanden.

Grüße, AMC

RoKo
19.08.12, 00:01
Hallo zusammen,

hier zunächst ein Link zu den möglichen Versuchsaufbauten (http://psi.physik.kit.edu/50.php) zum Quanten"radierer". Dann kann jeder besser nachvollziehen, worüber geredet wird.

Man beachte, dass hier zunächst zwei klassische Analogieversuche dargestellt werden. (Folge jeweils dem Link am Ende der Seite) Dann wird völlig klar, dass bei Wikipedia mal wieder die dort typische Ideologie verbreitet wird: .. dass es sinnlos ist, ohne Messung über eine physikalische Realität zu sprechen.

Selbstverständlich gibt es stets eine physikalische Realität. Auch ein einzelnes Photon ist eine elektromagnetische Welle. Nur reicht deren Intensität nicht aus, um überall dort, wo sie ist, Wirkung zu erzielen. Das ganze "Geheimnis" der Quantenoptik besteht darin, dass bei sehr geringer Intensität diese zur Wahrscheinlichkeit einer Detektion mutiert.

Ein Photon ist das kleinste Wirkungsquantum einer elektromagnetischen Welle. Analog dazu ist ein Elektron oder ein anderes "Teilchen" das kleinste Wirkungsquantum einer Geschwindigkeits-Impuls-Welle.

Timm
19.08.12, 09:26
Hallo zusammen,

Ja, die Quantenphysik widerspricht vielfach dem sog. gesunden Menschenverstand. Erinnert Euch nur an den bekannten Ausspruch eines Richard Feynman.

Meine Deutung - ohne daß ich das mit wirklichem Verständnis gleichsetzen möchte - ist diese:

Fehlt in der Anordnung der Quantenradierer (wie immer der beschaffen sein mag) im Strahlengang des Nicht-Spalt Photons, so bleibt die 'Welcher Spalt' Info auf unbestimmte Zeit erhalten und wäre prinzipiell einer Messung zugänglich. Resultat: Kein Interferenzbild.
Mit dem Quantenradierer haben wir ein radikal anderes Experiment. Die 'Welcher Spalt' Info wird zerstört und eine vorherige Messung dieser Info findet aufgrund der experimentellen Anordnung nicht statt. Insofern ist es belanglos, wann der Quantenradierer diese Information zerstört. Resultat: Ist das Ensemble der Photonen hinreichend groß, entsteht ein Interferenzbild, wenn die nicht koinzidenten Photonen sorgfältig aussortiert wurden.

Vielleicht kann einer der Experten das noch besser erklären.

Gruß, Timm

amc
19.08.12, 09:40
Moin RoKo, moin alle,
hier zunächst ein Link zu den möglichen Versuchsaufbauten (http://psi.physik.kit.edu/50.php) zum Quanten"radierer". Dann kann jeder besser nachvollziehen, worüber geredet wird.

der Versuchsaufbau von Zeilinger ist leicht darzustellen:

Eine Photonenquelle, die immer zwei Photonen gleichzeitig, aber in genau entgegengesetzte Richtungen aussendet; Durch die spezielle Art der Photonenemission kann nun durch eine entsprechende Messung an einem Photon auf den Weg des jeweils anderen Photons geschlossen werden.

Die zu einer Seite ausgesandten Photonen werden dabei durch einen normalen Doppelspalt (DS) Versuchsaufbau geschickt. Da die Informartion, welchen Weg das Photon durch den DS nimmt, aus dem Verschränkungs-Photon gewonnen werden kann, bildet sich kein Interferenzmuster auf dem Schirm hinter dem DS.

Wenn man nun aber, und ich denke eben zwingend bevor das DS-Photon auf dem Schirm reagiert hat, die Weg-Information vom nicht DS-Photon löscht und der Weg des DS-Photons dadurch auch nicht mal im Prinzip mehr bestimmt werden kann, dann kann sich wieder auf dem Schirm ein Interferenzmuster ergeben.

Und Fortrams Frage ist eben, soweit ich sie verstanden habe, wie es sich verhält, wenn man die Weg-Information vom nicht DS-Photon erst dann löscht, wenn das DS-Photon bereits auf dem Schirm angekommen ist.

Ein waschechter Quantenradierer ist dieser Aufbau eigentlich nach meinem Empfinden gar nicht. Es wird ja nicht durch gewisse Vorkehrungen am Versuchsaufbau die Weg-Information geschaffen/zugänglich gemacht und danach wieder mit anderen Vorkehrungen ausradiert, sondern die Weg-Information ist von Beginn an den Photonen mitgegeben und wird dann einfach/einmal "ausradiert". Aber eine Art Quantenradierer ist das natürlich schon.

Grüße, AMC

amc
19.08.12, 10:06
Hi Timm,
Mit dem Quantenradierer haben wir ein radikal anderes Experiment. Die 'Welcher Spalt' Info wird zerstört und eine vorherige Messung dieser Info findet aufgrund der experimentellen Anordnung nicht statt.

da muss man jetzt sicher vorsichtig sein, denn wenn die "Messung" auf eine Art durchgeführt wurde, bei der entsprechende Information in die Umgebung gelangt ist ...

- was z.B. dann unbedingt sein muss, wenn die "Messung" dazu führt, dass jemand mit den eigenen Augen ein makroskopisches Interferenzmuster auf einem Schirm betrachten kann oder sieht, da ist keine/kaum Interferenz -

... dann lässt sich nichts mehr "ausradieren". Es ist also beim Quantenradierer ganz entscheidend, soll er funtkionieren, dass die entsprechenden Informationen in dem verschränkten System komplett "eingeschlossen" bleiben. Solange dies so ist, lässt sich zumindest nach klassischer Sicht nicht von einem physikalischen Vorgang sprechen, und alles ist noch "ausradierbar". Ist die Information aber abgegeben, dann sind kausale unumkehrbare Ereignisse eingetreten. Die QM ist ja keine Hexerei ;)

wenn die nicht koinzidenten Photonen sorgfältig aussortiert wurden.

Soweit ich das gestern beim schnellen nachlesen verstanden habe, geht es bei dem Thema Koinzidenz um technische Probleme bei der Umsetzun von tatsächlichen Ein-Photonenquellen etc., die aber doch wohl von uns hier erst mal der Einfachheit halber ausgeblendet werden können.

Wir nehmen einfach mal an, der von Zeilinger dargebrachte Versuch lässt sich so problemlos realisieren. Es ist technisch aufwändig das alles im Detail zu realisieren, gerade dann, wenn es exakt sein soll, aber es lässt sich realisieren und nur darum gehts ja. Und daher kann man hier IMHO von, ich sag mal "idealen Versuchen" ausgehen, und so was ausblenden, oder nicht? Zeilinger geht IMHO darauf auch nicht unbedingt ein - erwähnt nur, das die Umsetzung von Ein-Photonenquellen teilweise trickreich und aufwändig ist. Darauf hier einzugehen machts ja erst mal nur unnötig kompliziert (, soweit ich das verstehe).

Grüße, AMC

Fortram
19.08.12, 11:08
Guten Morgen,

Ich habe in Zeilingers Buch 'Einsteins Schleier' den Teil über das Doppel-Doppelspalt-Experiment (II 1) nochmals gelesen - das hat mich einen Schritt weiter gebracht.

Und ich habe doch noch ein Bild zum Versuchsaufbau gefunden:
Versuchsaufbau in Nature (http://www.nature.com/nature/journal/v433/n7023/fig_tab/nature03280_F2.html)

Hier meine Überlegungen:
Bei dieser Anordnung kann aufgrund der Unschärferelation der Quellpunkt, also der Ort, wo im Kristall die verschränkten Photonen-Paare erzeugt werden, nicht so klein sein, dass ein 'makroskopisches' Interferenz-Muster entsteht: Wird Detektor D2 durch eine Photoplatte ersetzt, zeigt diese niemals Interferenz-Muster.

Anhand des Zwillings-Atoms kann nun der Ort bestimmt werden, wo das Paar erzeugt wurde, oder aber der Weg, der das andere Photon durch den Doppelspalt genommen hat - beides nicht. Mit dem Koinzidenz-Zähler wird aus der Messung eine Filterung: Nur die Photonen-Paare, welche ein Kriterium erfüllen, werden registriert. Bei der gegebenen Versuchsanordnung (mit der Linse) werden so die Photonen-Paare herausgefiltert, welche an einem bestimmten Ort im Kristall erzeugt wurden. Mit dieser Auswahl kommt ein Interferenzmuster zustande.

Mit einem alternativen Versuchsaufbau (ohne Linse vor D1) lassen sich die Photonen herausfiltern, welche z.B. durch den oberen Spalt gegangen sind (diese Photonen haben aber nicht alle den gleichen Quellpunkt). Mit einer solchen Auswahl kann kein Interferenzmuster zustande kommen.

Somit wird klar, dass es keine Rolle spielt, welcher Detektor ein Photonenpaar zuerst registriert, resp. wie weit Detektor D1 vom Kristall entfernt ist.

Ich habe mich zuerst gefragt, warum denn zwischen dem Kristall und dem Doppel-Spalt nicht noch ein Blech mit einem einfachen Spalt platziert wird. Die Antwort habe ich aber schnell gefunden: Die Unschärfe des Ortes orthogonal zur Flug- und Spalt-Richtung wird im neuen Spalt sehr klein, deshalb wird dort die Unschärfe des Impulses sehr gross. Dadurch wird die Information im Zwillings-Photon für uns wertlos.

Zeilinger spricht vom komplementären Begriffspaar Weginformation/Interferenzbild. Ich frage mich, ob man hier nicht auch von einem komplementären Begriffspaar Weginformation/Quellenposition sprechen könnte?

Gruss,
Fortram

RoKo
19.08.12, 12:50
Hallo Fortram,

.. ich habe doch noch ein Bild zum Versuchsaufbau gefunden..

Gibt es eine Angabe über die Entfernungen von der Quelle (Kristall) zum Doppelspalt und zur Linse?

Timm
19.08.12, 13:47
Hi AMC,

da muss man jetzt sicher vorsichtig sein, denn wenn die "Messung" auf eine Art durchgeführt wurde, bei der entsprechende Information in die Umgebung gelangt ist ...

Selbstverständlich muß man entsprechend sorgfältige Präparation voraussetzen. Nur dann steht ja bei dieser Anordnung von vornherein fest, daß keine 'Welcher Spalt' Info entsteht. Und das eben unabhängig von der Entfernung des Quantenradierers.

Gruß, Timm

Fortram
19.08.12, 14:07
Gibt es eine Angabe über die Entfernungen von der Quelle (Kristall) zum Doppelspalt und zur Linse?
In der Abbildung des Spektrum-Artikels wird die Distanz vom Kristall zur Linse mit 2f angegeben, die Distanz von der Linse zum Detektor D1 mit f. Im Text wir darauf aber nicht weiter eingegangen.

Gruss,
Fortram

amc
19.08.12, 14:16
In der Abbildung des Spektrum-Artikels wird die Distanz vom Kristall zur Linse mit 2f angegeben, die Distanz von der Linse zum Detektor D1 mit f. Im Text wir darauf aber nicht weiter eingegangen.

Gruss,
Fortram

Fehlt jetzt noch die Enternung zum DS bzw. besser und wohl entscheident zum Schirm/Detektor, seht ihr das auch so?

Ich vergleiche jetzt mit dieser Abbildung:
http://www.nature.com/nature/journal/v433/n7023/fig_tab/nature03280_F2.html

Grüße, AMC

amc
19.08.12, 14:21
Hi alle,
Selbstverständlich muß man entsprechend sorgfältige Präparation voraussetzen. Nur dann steht ja bei dieser Anordnung von vornherein fest, daß keine 'Welcher Spalt' Info entsteht. Und das eben unabhängig von der Entfernung des Quantenradierers.

Beim Quantenradierer ist ja gerade das interessante, dass die Welcher-Weg-Info ruhig entstehen kann, sie muss nur im System "gefangen" bleiben - dann kann die Info wieder "problemlos" ausradiert werden.

Darum meine ich auch, man muss vorsichtig sein, wenn man sagt, Messungen können vom Quantenradierer rückgängig gemacht werden - bestimmte eben nicht.

Darum bin ich fest der Ansicht, um auf Zeilingers Versuch und Fortrams Eingangsfrage zurückzukehren, in der Fortram den Versuch leicht abändern will, so dass sich erst die Frage stellt, ob sich Interferenz ausbildet - die man bei entsprechnder Versuchsanordnung ja sogar mit bloßen Augen erkennen könnte - und erst danach entscheidet, wie man mit den noch "fliegenden" Verschränkuns-Partner-Photonen umgeht.

Und die Antwort muss doch sein, dass sich der bereits von uns - also der Umgebung des Photonen-Verschränkungs-Systems - überprüfte Zustand (Interferenz oder nicht auf dem Schirm zu sehen), nicht in Abhängigkeit des erst jetzt abgefangenem Partner-Photon augenblicklich und vor unseren Augen (!) verändern kann. Da wären wir dann bei Akte X oder so ... ;)

Es scheint mir so, als wiederhole ich mich :rolleyes:

http://de.wikipedia.org/wiki/Quantenradierer#Experimentelle_Realisierung
Das Interferenzmuster entsteht wieder, wenn man die „Welcher-Weg-Information“ (z. B. mit einem halbdurchlässigen Spiegel) löscht, bevor das Photon den Schirm erreicht.

Worüber reden wir hier? Machts nicht zu kompliziert Jungs, oder bin ich irgendwie auf dem Holzweg, meine nicht, oder?

Grüße, AMC

RoKo
19.08.12, 15:23
Hallo,
Fehlt jetzt noch die Entfernung zum DS bzw. besser und wohl entscheident zum Schirm/Detektor, seht ihr das auch so?
Ohne die exakten Angaben und ohne Darlegung der Ergebnisse von allen denkbaren Variationen tappt man leider etwas im Dunkeln.

amc
19.08.12, 15:27
Ohne die exakten Angaben und ohne Darlegung der Ergebnisse von allen denkbaren Variationen tappt man leider etwas im Dunkeln.

Ich weiß nicht RoKo, mein Eindruck ist, dass Fortram bereits mit seinem ersten Post eine eindeutige und auch eindeutig zu beantwortende Frage gestellt hat, kann mich täuschen.

Grüße, AMC

Timm
19.08.12, 18:04
Beim Quantenradierer ist ja gerade das interessante, dass die Welcher-Weg-Info ruhig entstehen kann, sie muss nur im System "gefangen" bleiben - dann kann die Info wieder "problemlos" ausradiert werden.


Nein, eine Welcher-Weg-Info entstünde erst durch eine Messung des Nicht-Spalt Photons. Vorher ist sie weder definiert, noch gefangen. Eine solche Messung findet aber nicht statt. Hätte man eine solche Messung doch gemacht, dann könnte das dabei erhaltene Resultat (Welcher-Weg-Info) nicht mehr zerstört werden.

Gruß, Timm

Fortram
19.08.12, 19:02
Ich habe das Gefühl, dass mein letzter Beitrag in die richtige Richtung geht.

Was mich ursprünglich verwirrt hat, war die folgende, irrige Annahme:
Wenn bei der Versuchsanordnung (Siehe Versuchsaufbau in Nature (http://www.nature.com/nature/journal/v433/n7023/fig_tab/nature03280_F2.html)) Detektor D1 durch schwarzes Papier ersetzt wird, und Detektor D2 durch eine fotografische Platte, dann erscheint auf dem Foto ein Interferenzmuster.

Ich bin zu dieser Annahme gekommen, weil durch die Fokussierung im Brennpunkt mit der Linse die Information zerstört wird, welchen Weg das Zwillings-Photon nimmt - und das auch ohne Detektor. Im Spektrum-Artikel steht nämlich:
Das erste Photon wird in einem Detektor registriert, der in der Brennebene einer Linse steht; dadurch werden alle Photonen auf den gleichen Impuls projiziert, das heisst, es gibt keine Information über den Ort. Nur in diesem Fall - wenn jede Ortsinformation ausradiert ist - treten die Doppelspaltinterferenzen auf.

In Zeilingers Buch 'Einsteins Schleier', im Teil über das Doppel-Doppelspalt-Experiment (II 1) - welches viele Parallelen hat zu unserem Experiment, steht aber:
Es ist wirklich so, dass dann, wenn die Quelle so gross ist, dass wir eindeutig aus einer Messung von Teilchen 2 den Weg von Teilchen 1 im Doppelspaltsystem bestimmen können, das Interferenzbild volkommen verschwommen ist. Umgekehrt zeigt sich: Wenn die Quelle so klein ist, dass wir ein schönes Interferenzbild erhalten, ist es unmöglich, aus der Messung von Teilchen 2 irgendetwas über den Weg von Teilchen 1 auszusagen.

Für uns gilt also, der Bereich innerhalb des Kristalls, in welchem vom Pump-Laserstrahl Photonen-Paare erzeugt werden können, muss so gross sein, dass auf der Fotoplatte kein Interferenz-Muster erkennbar ist, denn sonst gäbe es keine Möglichkeit, anhand des Zwillings-Photons den Weg durch den Spalt zu bestimmen. Und dass diese Information im Zwillings-Photon vorhanden ist, schreibt Zeilinger klar und deutlich.

Wir können das Zwillings-Photon aber auch dazu benutzen, den Ursprungs-Ort des Photonen-Paares genauer zu bestimmen. Und genau das wird in der Versuchsanordnung mit der Linse und dem Detektor D1 gemacht: Nur die Photonen, welche in einem sehr kleinen Teilbereich des Kristalls erzeugt worden sind, werden im Brennpunkt der Linse gesammelt und von D1 detektiert. Wird also D1 für die Koinzidenz-Messung eingesetzt, werden nur die Doppelspalt-Photonen gesammelt, welche ebenfalls in diesem kleinen Teilbereich erzeugt wurden, und dieser Teilbereich ist klein genug, um ein Interferenzmuster zu erzeugen.

Aber aus Komplementaritäts-Gründen gilt: Wir können mit dem Zwillings-Photon nicht beides - den Weg durch den Doppelspalt und die genaue Quellenposition - bestimmen. In der Messanordnung mit der Linse kann deshalb nicht auch noch der Impuls gemessen werden.

Die Antwort auf meine ursprüngliche Frage - so vermute ich - lautet deshalb: Erst wenn wir die Photonen mit Detektor D1 registriert haben, können wir die gesuchten Photonen-Paare auswählen und analysieren, wann das passiert ist egal.

Gruss,
Fortram

amc
19.08.12, 19:13
Nein, eine Welcher-Weg-Info entstünde erst durch eine Messung des Nicht-Spalt Photons. Vorher ist sie weder definiert, noch gefangen. Eine solche Messung findet aber nicht statt. Hätte man eine solche Messung doch gemacht, dann könnte das dabei erhaltene Resultat (Welcher-Weg-Info) nicht mehr zerstört werden.

Gruß, Timm

Ja, ich habe mich unpraezise ausgedrueckt, dazu hast du mich aber u.a. gebracht, weil du dies sagtest:

Der Quantenradierer funktioniert nachträglich, also auch dann, wenn das Teilchen durch den DS getreten ist und bereits registriert wurde.

was meinst du hier mit registriert, wenn nicht irgendeine Art von Messung? Und Fortram und ich, sofern ich richtig liege und auch fuer ihn spechen darf, haben dich so verstanden, dass die Registrierung des Photons auf dem Schirm wieder ausradiert werden kann - und das ist doch jedenfalls nicht moeglich, oder?

---

Bei dem von Zeilinger dargestellten Versuch besteht die Weg-Info nach meinem Verstaendnis von Beginn an und muesste hier ja gerade geloescht werden, damit sich wieder Interferenz ergeben koennte.

Edit - genauer: Bei Zeilinger besteht ein prinzipiell unterscheidbarer Weg von Beginn an, nicht die exakte Weg-Info.

Bei anderen Versuchen/Radierern wird im Gegensatz dazu ein unterscheidbarer Weg erst durch z.B. Polarisatoren realisiert, was eine Interferenz verhindert, wenn nicht die "Moeglichkeit zur Messung" (der unterscheidbare Weg) noch vor der tatsaechlichen Messung ausradiert wird, was dann wieder Interferenz ermoeglicht, weil die Weg-Info nie mehr, auch nicht im Prinzip erhoben werden kann (die Wege werden wieder ununterscheidbar) - darum gehts hier doch - einen Weg unterscheidbar zu machen, ist noch keine Messung, veraendert aber das Quantenobjekt, die Beschreibung des quantenmechanischen Zustands des Objektes - und das auf verblüffende Weise, eben nichtlokal.

Eine Messung kann nicht rueckgaengig gemacht werden, sage ich eigentlich auch die ganze Zeit. Es geht hier ja auch um Begriffsdefinitionen - und genau wie du es sagst ist dies hier ein entscheidender Punkt:

http://de.wikipedia.org/wiki/Quantenradierer#Folgerungen_aus_der_Existenz_von_Q uantenradierern

Aus Experimenten wie dem Quantenradierer muss man aber zwingend schließen, dass die physikalische Realität ohne Messung nicht existiert, das heißt die Polarisation manifestiert sich erst dann, wenn sie gemessen wird, nicht durch den Polarisator.


@ RoKo: Mir gehts hierebei jetzt absolut nicht um die physikalische Realtaet. ;)

@ alle: Ich frage mich, welche andere Antwort man auf Fortrams simple Frage, ob sich bei seinen Zusatzannahmen eine Interferenz einstellt oder nicht, sinnvollerweise geben sollte, wenn nicht etwas ähnliches wie: Klar nein, weil die Weg-Info (genauer: der unterscheidbare Weg), bis zum Auftreffen des Photons auf dem Schirm, nicht ausradiert wurde. Ich wiederhole mich tatsaechlich ... Ich lasse das jetzt und schlafe darueber :) Ich bleibe bisher dabei, dass es nicht noetig ist, diese Sache zu verkomplizieren.

Hätte man eine solche Messung doch gemacht, dann könnte das dabei erhaltene Resultat (Welcher-Weg-Info) nicht mehr zerstört werden.

Darum gehts Timm, das Auftreffen des Photons auf dem Schirm beim DS-Versuch ist auch eine solche Messung, die es unmöglich macht, die Weg-Info (weil ja jetzt die Weg-Info tatsächlich festgelegt und nicht mehr bloße Wahscheinlichkeit ist) wieder zu zerstören. Ich nehme an, dies hätte Fortram zu Beginn als Antwort geholfen. Ich glaube, wir verwirren uns hier bisher die meiste Zeit alle gegenseitig ;)

Gruesse, AMC

Fortram
19.08.12, 19:54
Und Fortram und ich, sofern ich richtig liege und auch fuer ihn spechen darf, haben dich so verstanden, dass die Registrierung des Photons auf dem Schirm wieder ausradiert werden kann - und das ist doch jedenfalls nicht moeglich, oder?

Nein, ich habe Timm nicht so verstanden. Ich habe meine (aktuelle ;-) Position im anderen Thread-Zweig dargelegt: Ohne Koinzidenzmessung keine Interferenz, und für die Koinzidenzmessung müssen beide Photonen registriert, also das Experiment abgeschlossen werden. Die Reihenfolge der Detektion spielt keine Rolle.

Gruss,
Fortram

amc
19.08.12, 20:03
Nein, ich habe Timm nicht so verstanden. Ich habe meine (aktuelle ;-) Position im anderen Thread-Zweig dargelegt: Ohne Koinzidenzmessung keine Interferenz, und für die Koinzidenzmessung müssen beide Photonen registriert, also das Experiment abgeschlossen werden. Die Reihenfolge der Detektion spielt keine Rolle.

Gruss,
Fortram

Hmm.. spielt die Koninzidenzmessung nicht nur in sofern eine Rolle, dass man mit diesem "Trick" sicher sein kann, wirklich nur Photonen zu registrieren, die auch aus unserer Quelle stammen, weil sie zu nahezu gleicher Zeit, in Abhängigkeit der Instrumente, detektiert wurden? Und daher keine Rauscheffekte darstellen können. Und bei allen anderen detektierten Photonen wissen wir eben, dass sie nicht aus unserem Kristall stammen. So hab ich das mit der Koinzidenz verstanden.

Darum verstehe ich bisher nicht, welche entscheidende Rolle die Koinzidenz in einem "idealen" Gedankenexperiment spielen soll, ein reales Experiment können wir ja schlecht hier im Forum umsetzen ;)

Vielleicht hab ich dich auch einfach nicht verstanden, Fortram, das kann sein. Jedenfalls hab ich einiges dabei gelernt/aufgefrischt, darum gehts ja eigentlich.

Entscheidend steht für mich die Antwort, dass mit dem Auftreffen des Photons auf dem Schirm beim DS-Versuch der Weg festgelegt ist, und die Unterscheidbarkeit der Wege daher nicht mehr ausradiert werden kann. Und dahingehend habe ich deine Frage verstanden.

Grüße, AMC

Timm
19.08.12, 20:28
Nein, ich habe Timm nicht so verstanden. Ich habe meine (aktuelle ;-) Position im anderen Thread-Zweig dargelegt: Ohne Koinzidenzmessung keine Interferenz, und für die Koinzidenzmessung müssen beide Photonen registriert, also das Experiment abgeschlossen werden. Die Reihenfolge der Detektion spielt keine Rolle.


Ja, so sehe ich es auch, Fortram.

Gruß, Timm

P.S. Mein Gott ist das lange her, daß ich mal mit Algol zu tun hatte.

Fortram
19.08.12, 20:48
Darum verstehe ich bisher nicht, welche entscheidende Rolle die Koinzidenz in einem "idealen" Gedankenexperiment spielen soll, ein reales Experiment können wir ja schlecht hier im Forum umsetzen ;)

Die Quellen-Region (innerhalb des Kristalls) muss relativ gross sein, damit die Ortsunschärfe nicht zu klein ist. Denn eine kleine Ortsunschärfe bewirkt eine grosse Impuslunschärfe, und dies würde bewirken, dass man aus dem Weg des einen Zwillings-Photons nicht auf den Weg des anderen Zwillings-Photons schliessen kann (Siehe Doppel-Doppelspalt-Experiment in 'Einsteins Schleier'). Und dass dies bei dieser Versuchsanordnung grundsätzlich möglich ist, hat Zeilinger in seinem Artikel betont.

Wenn aber die Quellen-Region relativ gross ist, erzeugen die verschiedenen Teil-Regionen unterschiedliche Interferenz-Muster. Diese überlagern sich und das Interferenz-Muster verschwindet (Siehe ebenfalls Doppel-Doppelspalt-Experiment in 'Einsteins Schleier').

Dies bedeutet, dass wenn aus einer Koinzidenz-Messung ein Interferenz-Muster resultieren soll, mit dieser Koinzidenz-Messung die Photonen-Paare eines kleinen Teilbereichs der Quellenregion herausgefiltert werden müssen. Die allermeisten Photonen-Paare müssen verloren gehen.

Wenn dem aber so ist, dann bilden diese restlichen Photonen-Paare einen riesigen Fundus, also viel mehr als ein lästiges Rauschen.

Gruss,
Fortram

amc
19.08.12, 21:02
Die Quellen-Region (innerhalb des Kristalls) muss relativ gross sein, damit die Ortsunschärfe nicht zu klein ist. Denn eine kleine Ortsunschärfe bewirkt eine grosse Impuslunschärfe, und dies würde bewirken, dass man aus dem Weg des einen Zwillings-Photons nicht auf den Weg des anderen Zwillings-Photons schliessen kann (Siehe Doppel-Doppelspalt-Experiment in 'Einsteins Schleier'). Und dass bei dieser Versuchsanordnung grundsätzlich möglich ist, hat Zeilinger in seinem Artikel betont.

Wenn aber die Quellen-Region relativ gross ist, erzeugen die verschiedenen Teil-Regionen unterschiedliche Interferenz-Muster. Diese überlagern sich und das Interferenz-Muster verschwindet (Siehe ebenfalls Doppel-Doppelspalt-Experiment in 'Einsteins Schleier').

Dies bedeutet, dass wenn aus einer Koinzidenz-Messung ein Interferenz-Muster resultieren soll, mit dieser Koinzidenz-Messung die Photonen-Paare eines kleinen Teilbereichs der Quellenregion herausgefiltert werden müssen. Die allermeisten Photonen-Paare müssen verloren gehen.

Wenn dem aber so ist, dann bilden alle Photonen-Paare einen riesigen Fundus, also viel mehr als ein lästiges Rauschen.

Gruss,
Fortram

Das hast du IMHO sehr verständlich und deutlich zusammengefasst.

Ich glaube, das hab ich auch alles halbwegs verstanden und meine daher trotzdem, dass es hierbei eher um die praktische Realisierung des Experiments und die damit verbundenen Schwierigkeiten geht, die dann vernachlässigt werden können, wenn man rein theoretisch die Frage beantworten will, bis wann ein unterscheidbarer Weg wieder ausradiert werden kann und ab wann der Weg manifestiert ist bzw. ein definitv ununterscheidbarer Weg vorliegt?

Und welche dieser Situationen in Bezug auf deine Eingangsfrage vorliegt. Also die klare Frage: Lässt sich ein unterscheidbarer Weg auch nach dem Auftreffen auf dem Schirm noch ausradieren? Für mein empfinden, ging deine Frage zu Beginn ganz klar auch in diese Richtung, und du hast dir ja auch IMHO zu Recht Kopfschmerzen damit bereitet, da es auch in der QM keine Hexerei gibt ;)

Noch nen schönen Abend allen ...

P.S. Ich verstehe es so, dass der Koinzidenzaspekt natürlich dei dem beschriebenen Versuchsaufbau eine entscheidende Rolle spielt, weil wir sonst nicht an die für uns interessanten Daten kommen. Aber man kann ja dennoch trotzdem einfach theoretisch annehmen, es gäbe entsprechende technische Möglichkeiten, durch die unsere Daten sofort zu erkennen sind. In der theoretischen Überlegung lässt sich so etwas doch oft wunderbar ausklammern, wenn es "nur" um die Beantwortung entsprechender Fragen geht.

Fortram
20.08.12, 19:39
P.S. Mein Gott ist das lange her, daß ich mal mit Algol zu tun hatte.

Ich will nicht hochstapeln, so richtig Fortran programmiert habe ich nie. Aber immerhin habe ich mal für ein Projekt Fortran nach C++ übersetzt.

Gruss,
Fortram

RoKo
21.08.12, 16:04
Hallo zusammen,

sorry, dass ich nochmals meinen "Senf" dazu geben muss.

Der hier diskutierte Versuch hat nichts mit "Welcher Weg" und "Quantenradierer" zu tun. Es wird vielmehr parallel an einen verschränkten und zerstreuten Doppelphoton eine Fokussierung und eine Doppelspaltinterferenz vorgenommen. Ich behaupte, da ist schlicht das falsche Instrumentarium eingesetzt worden. Würde man die beiden Detektoren durch flächige Phototransistorfelder oder eine Art Digitalkamera ersetzen, die nicht nur registrieren, sondern auch hochauflösend den Ort erfassen können, dann würde man auf beiden Seiten näherungsweise das gleiche Interferenzmuster sehen. Lässt man die Fokussierung weg, dann hat man auf beiden Seiten wegen der Zerstreuung sich überlagernde Interferenzmuster, die man nicht auseinander halten kann. Lässt man andererseits den Doppelspalt weg, hat man auf beiden Seiten näherungsweise einen Punkt.

Gandalf
22.08.12, 19:02
Wenn aber die Quellen-Region relativ gross ist, erzeugen die verschiedenen Teil-Regionen unterschiedliche Interferenz-Muster. Diese überlagern sich und das Interferenz-Muster verschwindet (Siehe ebenfalls Doppel-Doppelspalt-Experiment in 'Einsteins Schleier').

Dies bedeutet, dass wenn aus einer Koinzidenz-Messung ein Interferenz-Muster resultieren soll, mit dieser Koinzidenz-Messung die Photonen-Paare eines kleinen Teilbereichs der Quellenregion herausgefiltert werden müssen. Die allermeisten Photonen-Paare müssen verloren gehen.

Wenn dem aber so ist, dann bilden diese restlichen Photonen-Paare einen riesigen Fundus, also viel mehr als ein lästiges Rauschen.




Hallo Fortram!

Zu dieser (letztednlichen) Feststellung kannst Du auch viel einfacher und stringender kommen:

Erhöhe - bei einem "stinknormalen DS-Experiment" einfach sukzessive die Anzahl der Spalten (bzw. Stege) bis "Richtung Unendlich" (= 1 einzelner Spalt)

--> Die Interferenzen hört NIE auf eine Interferenz zu sein. - Es sieht nur ab einer gewissen Spaltenanzahl für den unbedarften Beobachter so aus - 'als ob' die Interferenzu verschwunden wäre. Tatsächlich ist aber das Gegenteil der Fall: Die Interferenz ist weiterhin vorhanden, jedoch so komplex, das es wie zufälliges (hochentropisches) Rauschen aussieht, das Du als "lästig" bezeichnest.

Es liegt also kein Verständnisproblem vor, sondern ein 'Beschreibungsproblem' von "nach Objektivität suchenden Wissenschaftlern und Wissenschafts-Publizisten". Denn leider findest Du wohl in weit über 90% der Literatur darüber was anderes beschrieben; - nämlich das bei der Beobachtung von "welcher-Weg-Information" die "Interferenz verschwinden würde". (o.ä.)

Daher möchte ich Dich mal explizit auf eine andere 'Deutungsmöglichkeit' hinweisen, die vieles in einem viel stringenderem Licht erscheinen lässt.
Wie z.B. hier : http://www.quanten.de/quantenphilosophie/quantenphilosophie_lit.html
oder hier: http://www.rzuser.uni-heidelberg.de/~as3/VieleWelten.pdf

So lassen sich auch Deine Eingangsfragen zum von Dir beschriebenen Experiment recht einfach aufklären:


Mein Frage ist nun: Wenn dieser Detektor nach 'hinten' geschoben wird, sodass immer zuerst das zweite Photon (hinter dem Doppelspalt) registriert wird, und erst danach das erste Photon, tritt auch in diesem Fall ein Interferenzmuster auf?

Es lässt sich ein Experiment ausdenken, bei welchem die Art und Weise, wie das erste Photon detektiert wird, gar noch nicht festgelegt ist, wenn das zweite Photon hinter dem Doppelspalt registriert wird. Dies spricht m.E. dafür, dass kein Interferenzmuster auftritt. Liege ich da falsch?



landläufig und populärwisenschaftlich gesagt: nein

aber aus oben beschriebenem Grund muss die Antwort etwas genauer lauten:

"ja, aber eine solche, die wir nicht so ohne weiteres als eine erkennen und als "Zufallststreuung" oder "Rauschen" deuten

Grund: Es ist nie das einzelne Photon zu betrachten, sondern immer: 'das einzelne Photon*der Versuchsaufbau*der "Rest des jeweiligen Universums' in dem der Versuch stattfindet.

Da das nicht in zeitliche Abfolgen getrennt werden kann, wird eine (leicht sichtbare) Interferenz dadurch verhindert, das viele (physikalisch mögliche und in diesem Sinn auch wirkliche) Universen am Versuch beteiligt sind, die sich jeweils darin unterscheiden, "wie weit" der Detektor, der die "welcher Weg-Information" zur Verfügung stellen kann, im jeweiligen Universum nach hinten verschoben wurde.

---> Es ist hier wie an einem Spalt mit sehr sehr vielen Schlitzen: Es sieht so aus 'als ob' die Interferenz verschwunden wäre und Photon 2 immer um den selben Punkt herum "einschlägt"

Was geschieht aber, wenn die "welche Weg-Information" für Photon 2 mittels Photon 1 nicht ausgelesen werden kann, d.h. das Photon bei 1 wird stets an einem Punkt fokussiert und Photon 2 kann immer unbeobachtet den oberen oder unteren Spalt "wählen":

Hier haben wir es dann stets mit 2 (großen) "Bündeln" von sehr sehr ähnlichen Universen beim Versuchsaufbau zu tun, die sich jeweils nur - in einem einzelnen Photon unterscheiden - In 49,999..% der Universen mit dem exakt gleichen Versuchsaufbau geht das Photon oben durch, in 49,999..% der Universen geht es unten durch.

Und DAS ergibt die makroskopisch 'sichtbare' Interferenz - nicht aus einzlenen Photonen, sondern aus Universen, in denen der exakt gleiche Versuch stattfindet.

Grüße

RoKo
23.08.12, 15:40
Hallo Gandalf,

..viele (physikalisch mögliche und in diesem Sinn auch wirkliche) Universen ..

1. Ein hochdimensionaler Konfigurationsraum ist kein logischer Beleg für die Existenz mehrerer Ortsräume. "Viele Welten" sind daher keine Konsequuenz der Theorie.

2. Das Schöne an der Quantenoptik ist, dass sie weitgehend klassisch erklärt werden kann; das lässt wenig Spielraum für "spinnige" Ideen.

future06
25.08.12, 22:01
Hallo Gandalf,
1. Ein hochdimensionaler Konfigurationsraum ist kein logischer Beleg für die Existenz mehrerer Ortsräume. "Viele Welten" sind daher keine Konsequuenz der Theorie.

2. Das Schöne an der Quantenoptik ist, dass sie weitgehend klassisch erklärt werden kann; das lässt wenig Spielraum für "spinnige" Ideen.

Hallo Roko,
der HOM-Effekt ist aber klassisch nicht erklärbar, imho hatten wir das hier vor einiger Zeit schon mal diskutiert. Somit scheidet die klassische Interpretation aus - sie ist sozusagen klassisch falsifiziert.. :)

http://de.wikipedia.org/wiki/Hong-Ou-Mandel-Effekt

Gruß,
f.

RoKo
27.08.12, 01:50
Hallo future,

ich schrieb "weitgehend"; mehr nicht.

future06
27.08.12, 14:13
Hallo Roko,


ich schrieb "weitgehend"; mehr nicht.

ja, ich hab das schon auch so gelesen...
Nur sehe ich es so, dass gerade durch dieses "weitgehend" die klassische Deutung ausscheidet, zumindest wenn es um die Frage nach der physikalischen Realität geht - man im Grund also einen philosophischen Ansatz wählt. Ich glaube also im Gegensatz zu dir, dass sich dadurch sehr viel Spielraum für "spinnierte Ideen" ergibt.

Grüße nach Hongkong!
f.

Thom_B
27.08.12, 16:14
Lieber RoKo und Future06,

irgendwie habt ihr beide recht, einerseits kann man in der Optik sehr viel semiklassisch erklären, also wenn man ein klassisches Lichtfeld in Wechselwirkung mit quantisierter Materie betrachtet. Dies betrifft insbesondere fast alle Phänomäne der alltäglichen Optik. Andererseits hat die Quantenoptik (als Teilgebiet der Optik) gelernt, Experimente zu machen, die mit einem klassischen Lichtfeld definitiv nicht mehr erklärbar sind. Die meisten davon wurden hier schon genannt, meine persönlichen Highlights:

- Antibunching im Hanbury Brown Twiss Aufbau
- Sup-Poissonsche Zählstatistik
- Hong-Ou-Mandel Effekt, hier wird zusätzlich überprüft, ob die einzelnen Photonen einer Quelle auch ununterscheidbar sind
- Alles was mit Verschränkung von Photonen zu tun hat,
...

Also kann man experimentell davon ausgehen, dass es Situationen gibt, in denen man das Lichtfeld quantisiert betrachten muss, auch wenn die zugehörigen Fragestellungen etwas abgehoben erscheinen. Ob die Quantenoptik jetzt Raum für "spinnerte Ideen" lässt, weiss ich nicht. Einerseits ist die Theorie komplett entwickelt, man kann sich kaum ein Experiment denken, dass ein Theoretiker nicht innerhalb einiger Tage berechnet und simuliert hat. Das Motto "Shut up and calculate" funktioniert gerade in der Quantenoptik sehr gut. Andererseits ist die Quantenoptik immer noch das Gebiet der Physik, das es am besten zulässt, theoretische Ideen aus der Quantenphysik auch experimentell zu realisieren. Nicht umsonst stammen fast alle Tests zu Verschränkung, Bell-Ungleichengen, etc aus diesem Gebiet. Die Quantenoptik bietet daher sicher die derzeit besten Möglichkeiten "spinnerte Ideen" experimentell zu testen.

schöne Grüße
Thom_B

RoKo
28.08.12, 01:58
Hallo Thom_Bn

a) der Ausdruck "spinnerte Ideen" stand in meiner Antwort an den user Gandalf, der hier schon des öfteren seine spezielle Variante der "Viele-Welten"-Interpretation vorgetragen hat,

b) Mit der Quantenpotik wird die klassische Optik bzw. die klassische Elektrodynamik nicht widerlegt, sondern lediglich in ihrem Gültigkeitsbereich eingeschränkt. Sie gilt eben nur bei hinreichend großen Intensitäten.

b1) Da der Quanteneffekt lediglich bei der Detektion auftritt, hilft die klassische Betrachtung ungemein, das Geschen bis zur Detektion zu erfassen.

c) Das Phänomen der Verschränkung ist zwar klassisch nicht erklärbar; aber das Verhalten von verschränkten Photonen ist klassisch verstehbar, wenn man sie steht als Ganzes betrachtet.

Thom_B
28.08.12, 09:24
Hallo RoKo,

zu a), b), b1) : stimme ich komplett zu, die Quantenoptik umfasst die klassische Optik.

zu c): was meinst Du genau? Gibt es einen Unterschied zwischen erklären und verstehen? Natürlich führt die Vorstellung naiver Teilchen bei der Verschränkung nicht weiter, das ist ein gemeinsamer Quantenzustand für zwei Quantenobjekte, die durch eine gemeinsame Zustandsfunktion beschrieben werden. Das Problem liegt (wie so oft) nicht in der mathematischen Beschreibung, sondern in dem Versuch, ein anschauliches Bild für die Situation zu liefern. Und da versagt bei der Verschränkung sowohl das Wellenbild alsauch ein naives Teilchenbild.

schöne Grüße
Thom_B

RoKo
28.08.12, 14:04
Hallo Thom_B,

meine Unterscheidung zwischen erklären und verstehen meinte es so, wie du es verstanden hast.
Das Problem liegt (wie so oft) nicht in der mathematischen Beschreibung, sondern in dem Versuch, ein anschauliches Bild für die Situation zu liefern.
Und da versagt bei der Verschränkung sowohl das Wellenbild als auch ein naives Teilchenbild.
Versagt das Wellenbild tatsächlich? Wenn ja, dann muss man es dort, wo es versagt, möglicherweise nur genauer betrachten.

Bis zum Beweis des Gegenteils steht für mich fest, dass Photonen Quanta elektromagnetischer Felder sind. Wäre es anders, müssten die Physiker erst einmal erklären, warum Lichtleiter und Detektoren und alle weiteren Zutaten, die in der Quantenoptik benutzt werden, funktionieren.

Sieht man zunächst von Verschränkung ab, dann benötigt man ausser der klassischen Elektrodynamik nur die Zusatzannahme der Energiequantelung E=h*v. Wie ich schon an anderer Stelle schrieb, mutiert die Intensität dann zur Wahrscheinlichkeit. Aus der klassischen Elektrodynamik ist auch bekannt, dass die Ausbreitung der Energie(dichte) und der tatsächliche Energiefluss nicht identisch sind. Von daher ergibt sich auch kein Widerspruch zur Klassik, wenn bei einem Photon hinter einem Strahlteiler nur ein Detektor anspricht.

Auch das Phänomen der Verschränkung kann man nur mit einem Wellenbild verstehen. Dazu muss man sich detailiert die Erzeugung zweier verschränkter Photonen vorstellen und über die Konsequenzen für die Frequenzanteile nachdenken. Das verschränkte Photonen ein Ganzes bilden und stets nur gemeinsam beeinflusst werden können, ist wenig erstaunlich.

Erstaunlich ist lediglich, dass diese Beeinflussung (1) instantan auch über große Enternungen möglich ist. Wäre ich Physiker, würde ich prüfen, ob Phasenverschiebungen instantan erfolgen können.

(1) Man muss zwischen Beeinflussung (i.d.R Formänderungen des Feldes) und Wirkung (Energieumwandlung) unterscheiden.

Thom_B
28.08.12, 17:35
Hallo RoKo,

wir entfernen uns zusehends vom ursprünglichen Thema, daher werde ich eventuell auf einige Deiner Punkte mal in einem eigenen Thema antworten. Hier zu Deiner Aussage:

Bis zum Beweis des Gegenteils steht für mich fest, dass Photonen Quanta elektromagnetischer Felder sind. Wäre es anders, müssten die Physiker erst einmal erklären, warum Lichtleiter und Detektoren und alle weiteren Zutaten, die in der Quantenoptik benutzt werden, funktionieren.

Genauso so wird (wie Du vermutlich weisst) in jedem guten Lehrbuch der Quantenoptik die Quantisierung des elektromagnetischen Feldes durchgeführt. Ein Photon ist dabei eine elementare Anregung einer Mode des elektromagnetischen Feldes. Die "Mode" gibt dabei die raum-zeitliche Ausdehnung der klassischen Schwingung wieder und hängt von den Randbedingungen der experimentellen Situation ab (Interferometer, Strahlteiler, Lichtwellenleiter, Fabry-Perot, was auch immer). Als Folge dieser Definition ist es schwierig, von den allgemeinen Eigenschaften eines Photons zu sprechen, da jedes Photon die Eigenschaften der Mode erbt, die quantisiert wurde. Die gängigsten Beispiele sind:

- Ich quantisiere eine laufende ebene Welle: Hier gilt strikt E=h*nu für die Energie des Photons und p=h/Lambda für den Impuls des Photons. Dagegen ist das Photon, wie auch die ebene Welle, im Prinzip räumlich und zeitlich unendlich ausgedehnt, kann aber nur einmal (an einem Ort und zu einer Zeit) detektiert werden. Inwieweit das einem Teilchen entspricht muss jeder für sich entscheiden.

- Ich quantisiere eine stehende Welle (z.B. Das Feld zwischen zwei Spiegeln): Für dieses Photon verschwindet interesantenweise der Erwartungswert des Inpulses.

- Ich quantisiere Wellenpakete: diese sind räumlich und zeitlich lokalisiert, E=h*nu und p=h/Lambda gilt aber nur noch für den Mittelwert der Frequenz bzw. Wellenlänge, da ein Wellenpaket notwendigerweise ein breites Frequenzspektrum besitzt.

- Exotischere Beispiele kann sich jeder selbst basteln, etwa Gauss-Laguerre Moden höherer Ordnung, die einen Bahndrehimpuls besitzen.



Ob die Verschränkung eher einem Wellen- oder Teilchenbild entspricht, ist natürlich Geschmacksache. Für das Wellenbild spricht, dass es irgendwie den gesamten Raum erfasst, wie das eine Welle auch tut. Allerdings kann ich mir verschränkte Zustände mit der Eigenschaft konstruieren (theoretisch und experimentell), dass falls ein Detektor A Licht mit dem Polarisationswinkel alpha misst, ein räumlich getrennter Detektor B immer Licht unter dem Polarisationswinkel alpha + 90 grad messen wird, und zwar völlig unabhängig davon, was alpha ist. In meine Vorstellung einer Welle passt das eher nicht hinein.

Letztlich gilt aber für unsere Vorstellungen: Alles ist erlaubt, solange es hilft, eine experimentelle Situation intuitiv richtig einzuschätzen, da kann jeder eigene Vorstellungen benutzen. Am Ende hilft eh nur nachrechnen und ausprobieren.

schöne Grüße
Thom_B

RoKo
31.08.12, 21:10
Hallo zusammen,

hier ein interessanter Artikel (http://arstechnica.com/science/2012/05/disentangling-the-wave-particle-duality-in-the-double-slit-experiment/)zum Thema.